JP3934394B2 - ハプティック入力装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置に係り、特に、レバーハンドルタイプのハプティック入力装置の操作フィーリング付与手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のステアリング装置やギアシフト装置、それに車載されたエアコン、ラジオ、テレビジョン、ＣＤプレーヤ、カーナビゲーションシステム等の電気機器を、運転室に配置されたノブを操作することによって遠隔操作するハプティック入力装置が提案されている。また、この種のハプティック入力装置としては、所望の装置や電気機器の操作に際してノブの操作を確実に行えるようにするため、ノブの操作方向又は操作位置に応じて特有の操作フィーリングをノブに付与するものも従来より提案されている。
【０００３】
前記ノブとしては、従来より、回転軸を回転操作するロータリノブのほか、揺動軸を揺動操作のみする揺動専用のレバーハンドルや、揺動軸を揺動操作すると共に当該揺動軸を回転操作する回転機能付きの揺動レバーハンドルなどが用いられている。本明細書においては、揺動専用のレバーハンドルと回転機能付きの揺動レバーハンドルを総称して、「レバーハンドル」という。
【０００４】
レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置としては、図５（ａ）に例示するように、支持部材１０１に回転自在に支持された回転軸１０２と、当該回転軸１０２に固着されたレバーハンドル１０３と、前記回転軸１０２に主軸が直結された回転モータ（アクチュエータ）１０４と、当該回転モータ１０４の主軸に主軸が直結されたエンコーダ（検知手段）１０５とを備えてなり、レバーハンドル１０３の揺動運動を回転軸１０２の回転運動に変換してレバーハンドル１０３の揺動量及び揺動方向をエンコーダ１０５にて検出し、検出された揺動量及び揺動方向に応じた駆動信号で回転モータ１０４を駆動してレバーハンドル１０３に所要の操作フィーリングを付与するものが提案されている。なお、図５（ａ）においては、レバーハンドル１０３を１方向にのみ揺動可能な構成を例にとって説明したが、レバーハンドル１０３を任意の方向に揺動可能なタイプについては、２組の支持部材１０１と回転軸１０２とが必要になる。
【０００５】
また、図５（ｂ）に例示するように、支持部材１０１に揺動自在に支持されたレバーハンドル１０３と、ソレノイド（アクチュエータ）１０６と、可変抵抗器（検知手段）１０７と、前記レバーハンドル１０３と前記ソレノイド１０６の主軸とに両端部がそれぞれピン結合されたリンク１０８と、前記レバーハンドル１０３と前記可変抵抗器１０７の操作部とを連結する連結部材１０９とを備えてなり、レバーハンドル１０３の揺動運動を連結部材１０９の直線運動に変換してレバーハンドル１０３の揺動量及び揺動方向を可変抵抗器１０７にて検出し、検出された揺動量及び揺動方向に応じた駆動信号でソレノイド１０６を駆動してレバーハンドル１０３に所要の操作フィーリングを付与するものも提案されている。なお、図５（ｂ）においては、レバーハンドル１０３を１方向にのみ揺動可能な構成を例にとって説明したが、レバーハンドル１０３を任意の方向に揺動可能なタイプについては、２組の可変抵抗器１０７と連結部材１０９とが必要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、従来のレバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置は、レバーハンドル１０３の揺動運動を回転運動に変換するための回転軸１０２や、レバーハンドル１０３の揺動運動を直線運動に変換するリンク１０８及び連結部材１０９を必須の構成要素とするので、ロータリノブを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置に比べて構造が複雑になり、ハプティック入力装置が大型かつ高コストになるという不都合がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の不備を解消するためになされたものであって、その課題とするところは、小型かつ安価なレバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、操作者が手動で操作するレバーハンドルと、前記レバーハンドルの支持部と、前記レバーハンドルの端面と対向に配置され、前記レバーハンドルに直接外力を加えるアクチュエータと、前記レバーハンドルの操作状態を検知する検知手段と、前記検知手段の出力信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備え、前記検知手段は、前記支持部に対する前記レバーハンドルの揺動量及び揺動方向並びに前記支持部に対する前記レバーハンドルの回転量及び回転方向を前記検知手段にて検知し、前記制御手段は、前記レバーハンドルの揺動量及び揺動方向並びに回転量及び回転方向に応じた前記検知手段の出力信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御するという構成にした。
【０００９】
このように、アクチュエータとして、レバーハンドルの端面と対向に配置され、レバーハンドルに直接外力を加えるものを備えると、レバーハンドルの揺動運動を回転運動に変換するための回転軸やレバーハンドルの揺動運動を直線運動に変換するリンク等を省略できるので、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きハプティック入力装置の構成を簡略化することができ、この種のハプティック入力装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、支持部に対するレバーハンドルの揺動量及び揺動方向と支持部に対するレバーハンドルの回転量及び回転方向の双方を検知手段にて検知し、これらレバーハンドルの揺動量及び揺動方向並びに回転量及び回転方向に応じた検知手段の出力信号に基づいてアクチュエータの駆動を制御すると、１つのレバーハンドルの操作で、レバーハンドルの揺動量及び揺動方向に応じた被操作装置の制御信号とレバーハンドルの回転量及び回転方向に応じた被操作装置の制御信号とを得ることができるので、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きハプティック入力装置の多機能化を図ることができる。
【００１２】
本発明は、前記の課題を解決するため、前記支持部とレバーハンドルとの間に、前記レバーハンドルを前記支持部に設定されたセンター位置に自動的に復帰させるための弾性部材を設けるという構成にした。
【００１３】
このように、支持部とレバーハンドルとの間にセンター復帰用の弾性部材を設けると、操作者がレバーハンドルから手を離したときに、弾性部材の弾性力によってレバーハンドルを自動的にセンター位置に復帰させることができるので、簡単な構成でセンター復帰機能付きのハプティック入力装置を得ることができる。
【００１４】
本発明は、前記の課題を解決するため、前記アクチュエータとして、電磁ブレーキを用いるという構成にした。
【００１５】
このように、アクチュエータとして電磁ブレーキを用いると、電磁コイルを強磁性が付与されたレバーハンドルの端面と対向に配置するだけでレバーハンドルに直接外力を加えることができるので、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置の構成を簡略化することができ、この種のハプティック入力装置の小型化と低コスト化を図ることができる。
【００１６】
本発明は、前記の課題を解決するため、前記アクチュエータとして、非通電時に前記レバーハンドルに外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを用いるという構成にした。
【００１７】
このように、非通電時にレバーハンドルに外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを用いると、レバーハンドルの操作時にのみ電磁ブレーキに通電すれば良いので、ハプティック入力装置の消費電力を小さなものにすることができる。
【００１８】
本発明は、前記の課題を解決するため、前記検知手段として、前記レバーハンドルの端面に検出光を照射して前記レバーハンドルの端面からの反射光を検出し、前記レバーハンドルの操作位置と操作方向を検出する非接触型光学式位置センサを用い、当該非接触型光学式位置センサを前記レバーハンドルの端面と対向に配置するという構成にした。
【００１９】
このように、レバーハンドルの揺動量及び揺動方向や回転量及び回転方向を検知する検知手段として非接触型光学式位置センサを用いると、エンコーダや可変抵抗器を用いた場合のように、レバーハンドルの揺動運動を回転運動や直線運動に変換する機構が不要になるので、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置の構成をより一層簡略化することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るハプティック入力装置の第１例を、図１及び図２に基づいて説明する。図１は第１実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図、図２はレバーハンドルに加えられる外力を例示する波形図である。
【００２１】
図１に示すように、本例のハプティック入力装置は、球面軸受１を有する支持部材２と、前記球面軸受１にて支持される球面部３を有するレバーハンドル４と、レバーハンドル４の下端面と対向に配置された電磁コイル５と、レバーハンドル４の操作状態を検知する検知手段６と、検知手段６の出力信号ａを取り込み、当該出力信号ａに基づく電磁コイル５の駆動信号ｂを出力する制御手段７とを備えてなる。このハプティック入力装置が自動車のステアリング装置やギアシフト装置又は車載された各種電気機器の遠隔操作装置として適用される場合、前記支持部材２は、自動車のダッシュボード或いはコンソールボックス等を構成するパネル８の内部に設置され、レバーハンドル４の上部に形成された把持部９は、当該パネル８の外部に配置される。
【００２２】
前記球面部３は、前記レバーハンドル４の略中央部に形成されており、当該球面部３を前記球面軸受１で支持することにより、前記レバーハンドル４は支持部材２に対して揺動自在かつ回転自在に取り付けられる。また、前記レバーハンドル４の下端部には、略半球状の外力受部１０が形成されており、その下端面である球面１０ａには、板ばね１０ｂを介して磁性板１１が設けられている。
【００２３】
前記電磁コイル５とその上面に設けられたライニング材１２は、前記球面１０ａに設けられた磁性板１１と共働してレバーハンドル４に外力を加える電磁ブレーキ１３を構成するものである。
【００２４】
前記検知手段６としては、公知に属する任意の位置センサを用いることができるが、非接触でレバーハンドル４の揺動量及び揺動方向並びに回転量及び回転方向を検知できて汚染や摩耗による特性の経時変化が小さく、かつ、エンコーダや可変抵抗器を用いた場合のようにレバーハンドル４の揺動運動を回転運動や直線運動に変換する機構が不要になることから、ライニング材１２の表面に検出光を照射してライニング材１２の表面からの反射光を検出し、レバーハンドル４の操作位置と操作方向とを検出する非接触型光学式位置センサを用いることが特に好ましい。
【００２５】
前記制御手段７は、図１に示すように、検知手段６からの出力信号ａを入力する入力部７１と、前記出力信号ａに対応する電磁コイル５の制御信号ｃがテーブルの形で記憶された第１記憶部７２と、前記出力信号ａに対応する被操作装置の制御信号ｄがテーブルの形で記憶された第２記憶部７３と、入力部７１に入力された検知手段６からの出力信号ａに応じた電磁コイル５の制御信号ｃ及び被操作装置の制御信号ｄを第１記憶部７２及び第２記憶部７３よりそれぞれ読み出して出力するＣＰＵ７４と、ＣＰＵ７４より出力された制御信号ｃをＤ／Ａ変換して増幅し、電磁コイル５の駆動信号ｂを生成する第１ドライバ回路７５と、ＣＰＵ７４より出力された制御信号ｄをＤ／Ａ変換して増幅し、被操作装置の駆動信号ｅを生成する第２ドライバ回路７６と、電磁コイル５の駆動信号ｂ及び被操作装置の駆動信号ｅを出力する出力部７７とを備えてなる。
【００２６】
第１記憶部７２には、レバーハンドル４を用いて操作しようとする被操作装置の種類や調整しようとする機能の種類に応じて、任意の外力テーブルを記憶することができる。図２（ａ）は、レバーハンドル４をセンター位置（レバーハンドル４が垂直になる位置）から＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの４方向に揺動操作したときにレバーハンドル４に加えられる外力を例示する図であって、各揺動方向に応じて異なるクリック感触をレバーハンドル４に加える場合が例示されている。また、図２（ｂ）は、レバーハンドル４を当該レバーハンドル４の軸線Ａ−Ａ回りに回転操作したときにレバーハンドル４に加えられる外力を例示する図であって、回転量に応じて異なる大きさの抵抗感をレバーハンドル４に加える場合が例示されている。操作者は、このクリック感触や抵抗感を感得することによって、レバーハンドル４が意図した方向に揺動操作されているか否か、或いは、レバーハンドル４が意図した回転量だけ回転操作されたか否かをブラインドタッチで知ることができるので、ハプティック入力装置の操作性を良好なものにすることができる。なお、レバーハンドル４が＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、−Ｙ方向以外の斜め方向に揺動操作された場合には、電磁コイル５に駆動信号ｂを出力せず、レバーハンドル４に何らの外力も加えないようにすることもできるし、電磁コイル５に駆動信号ｂを出力し、レバーハンドル４をロックする外力も加えるようにすることもできる。
【００２７】
本例のハプティック入力装置は、レバーハンドル４に外力を加えるアクチュエータとして、レバーハンドル４の下端面に設けられた磁性板１１と当該磁性板１１と対向に配置されたライニング材１２及び電磁コイル５とからなる電磁ブレーキ１３を備え、板ばね１０ｂ及び磁性体１１を介してレバーハンドル４に外力を加えるようにしたので、レバーハンドルの揺動運動を回転運動に変換するための回転軸やレバーハンドルの揺動運動を直線運動に変換するリンク等を省略することができ、レバーハンドル４を備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置の構成を簡略化することができて、この種のハプティック入力装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、本例のハプティック入力装置は、支持部材２に対するレバーハンドル４の揺動量及び揺動方向並びに支持部材２に対するレバーハンドル４の回転量及び回転方向の双方を検知手段６にて検知し、これらレバーハンドル４の揺動量及び揺動方向並びに回転量及び回転方向に応じた検知手段の出力信号に基づいて電磁コイル５の駆動を制御するので、１つのレバーハンドル１の操作で、レバーハンドル４の揺動量及び揺動方向に応じた被操作装置の制御信号とレバーハンドル４の回転量及び回転方向に応じた被操作装置の制御信号とを得ることができ、レバーハンドル４を備えた操作フィーリング付与機能付きハプティック入力装置の多機能化を図ることができる。
【００２８】
次に、本発明に係るハプティック入力装置の第２例を、図３に基づいて説明する。図３は第２実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【００２９】
図３に示すように、本例のハプティック入力装置は、電磁ブレーキ１３として、電磁コイル５と、当該電磁コイル５の下方に配置された永久磁石１３ｂと、前記球面部３に取り付けられた磁性板１１とからなり、電磁コイル５の非通電時に永久磁石１３ｂの作用によって磁性板１１を吸引し、レバーハンドル４に外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを用いたことを特徴とする。その他については、第１実施形態例に係るハプティック入力装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を表示して説明を省略する。
【００３０】
本例のハプティック入力装置は、第１実施形態例に係るハプティック入力装置と同様の効果を有するほか、電磁ブレーキ１３として非通電時にレバーハンドル４に外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを用いたので、レバーハンドル４の操作時にのみ電磁コイル１３ａに通電すれば良く、ハプティック入力装置の消費電力を低減できるという効果を有する。
【００３１】
次に、本発明に係るハプティック入力装置の第３例を、図４に基づいて説明する。図４は第３実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【００３２】
図４に示すように、本例のハプティック入力装置は、第１実施形態例に係るハプティック入力装置の支持部材２とレバーハンドル４との間に、レバーハンドル４をセンター位置に自動的に復帰させるための弾性部材１４を設けたことを特徴とする。その他については、第１実施形態例に係るハプティック入力装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を表示して説明を省略する。
【００３３】
本例のハプティック入力装置は、第１実施形態例に係るハプティック入力装置と同様の効果を有するほか、センター復帰用の弾性部材１４を設けたので、操作者がレバーハンドル４から手を離したときに弾性部材１４の弾性力によってレバーハンドル４を自動的にセンター位置に復帰させることができ、簡単な構成でセンター復帰機能付きのハプティック入力装置を得ることができる。
【００３４】
なお、前記各実施形態例においては、ハプティック入力装置を自動車のステアリング装置やギアシフト装置又は車載電気機器の遠隔操作装置として適用した場合を例にとって説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、他の任意の被操作装置の遠隔操作装置として適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハプティック入力装置は、アクチュエータとして、レバーハンドルの端面と対向に配置され、レバーハンドルに直接外力を加えるものを備えたので、レバーハンドルの揺動運動を回転運動に変換するための回転軸やレバーハンドルの揺動運動を直線運動に変換するリンク等を省略することができ、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置の構成を簡略化することができて、この種のハプティック入力装置の小型化と低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【図２】第１実施形態例に係るハプティック入力装置のレバーハンドルに加えられる外力を例示する波形図である。
【図３】第２実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【図４】第３実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【図５】従来例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 球面軸受
２ 支持部材
３ 球面部
４ レバーハンドル
５ 電磁コイル
６ 検知手段
７ 制御手段
１１ 磁性板
１２ ライニング材
１３ 電磁ブレーキ
１４ 弾性部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置に係り、特に、レバーハンドルタイプのハプティック入力装置の操作フィーリング付与手段に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、自動車のステアリング装置やギアシフト装置、それに車載されたエアコン、ラジオ、テレビジョン、ＣＤプレーヤ、カーナビゲーションシステム等の電気機器を、運転室に配置されたノブを操作することによって遠隔操作するハプティック入力装置が提案されている。また、この種のハプティック入力装置としては、所望の装置や電気機器の操作に際してノブの操作を確実に行えるようにするため、ノブの操作方向又は操作位置に応じて特有の操作フィーリングをノブに付与するものも従来より提案されている。
【０００３】
前記ノブとしては、従来より、回転軸を回転操作するロータリノブのほか、揺動軸を揺動操作のみする揺動専用のレバーハンドルや、揺動軸を揺動操作すると共に当該揺動軸を回転操作する回転機能付きの揺動レバーハンドルなどが用いられている。本明細書においては、揺動専用のレバーハンドルと回転機能付きの揺動レバーハンドルを総称して、「レバーハンドル」という。
【０００４】
レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置としては、図５（ａ）に例示するように、支持部材１０１に回転自在に支持された回転軸１０２と、当該回転軸１０２に固着されたレバーハンドル１０３と、前記回転軸１０２に主軸が直結された回転モータ（アクチュエータ）１０４と、当該回転モータ１０４の主軸に主軸が直結されたエンコーダ（検知手段）１０５とを備えてなり、レバーハンドル１０３の揺動運動を回転軸１０２の回転運動に変換してレバーハンドル１０３の揺動量及び揺動方向をエンコーダ１０５にて検出し、検出された揺動量及び揺動方向に応じた駆動信号で回転モータ１０４を駆動してレバーハンドル１０３に所要の操作フィーリングを付与するものが提案されている。なお、図５（ａ）においては、レバーハンドル１０３を１方向にのみ揺動可能な構成を例にとって説明したが、レバーハンドル１０３を任意の方向に揺動可能なタイプについては、２組の支持部材１０１と回転軸１０２とが必要になる。
【０００５】
また、図５（ｂ）に例示するように、支持部材１０１に揺動自在に支持されたレバーハンドル１０３と、ソレノイド（アクチュエータ）１０６と、可変抵抗器（検知手段）１０７と、前記レバーハンドル１０３と前記ソレノイド１０６の主軸とに両端部がそれぞれピン結合されたリンク１０８と、前記レバーハンドル１０３と前記可変抵抗器１０７の操作部とを連結する連結部材１０９とを備えてなり、レバーハンドル１０３の揺動運動を連結部材１０９の直線運動に変換してレバーハンドル１０３の揺動量及び揺動方向を可変抵抗器１０７にて検出し、検出された揺動量及び揺動方向に応じた駆動信号でソレノイド１０６を駆動してレバーハンドル１０３に所要の操作フィーリングを付与するものも提案されている。なお、図５（ｂ）においては、レバーハンドル１０３を１方向にのみ揺動可能な構成を例にとって説明したが、レバーハンドル１０３を任意の方向に揺動可能なタイプについては、２組の可変抵抗器１０７と連結部材１０９とが必要になる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記したように、従来のレバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置は、レバーハンドル１０３の揺動運動を回転運動に変換するための回転軸１０２や、レバーハンドル１０３の揺動運動を直線運動に変換するリンク１０８及び連結部材１０９を必須の構成要素とするので、ロータリノブを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置に比べて構造が複雑になり、ハプティック入力装置が大型かつ高コストになるという不都合がある。
【０００７】
本発明は、かかる従来技術の不備を解消するためになされたものであって、その課題とするところは、小型かつ安価なレバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するため、操作者が手動で操作するレバーハンドルと、前記レバーハンドルの支持部と、前記レバーハンドルの端面と対向に配置され、前記レバーハンドルに直接外力を加えるアクチュエータと、前記レバーハンドルの操作状態を検知する検知手段と、前記検知手段の出力信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備え、前記検知手段は、前記支持部に対する前記レバーハンドルの揺動量及び揺動方向並びに前記支持部に対する前記レバーハンドルの回転量及び回転方向を前記検知手段にて検知し、前記制御手段は、前記レバーハンドルの揺動量及び揺動方向並びに回転量及び回転方向に応じた前記検知手段の出力信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御するという構成にした。
【０００９】
このように、アクチュエータとして、レバーハンドルの端面と対向に配置され、レバーハンドルに直接外力を加えるものを備えると、レバーハンドルの揺動運動を回転運動に変換するための回転軸やレバーハンドルの揺動運動を直線運動に変換するリンク等を省略できるので、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きハプティック入力装置の構成を簡略化することができ、この種のハプティック入力装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、支持部に対するレバーハンドルの揺動量及び揺動方向と支持部に対するレバーハンドルの回転量及び回転方向の双方を検知手段にて検知し、これらレバーハンドルの揺動量及び揺動方向並びに回転量及び回転方向に応じた検知手段の出力信号に基づいてアクチュエータの駆動を制御すると、１つのレバーハンドルの操作で、レバーハンドルの揺動量及び揺動方向に応じた被操作装置の制御信号とレバーハンドルの回転量及び回転方向に応じた被操作装置の制御信号とを得ることができるので、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きハプティック入力装置の多機能化を図ることができる。
【００１２】
本発明は、前記の課題を解決するため、前記支持部とレバーハンドルとの間に、前記レバーハンドルを前記支持部に設定されたセンター位置に自動的に復帰させるための弾性部材を設けるという構成にした。
【００１３】
このように、支持部とレバーハンドルとの間にセンター復帰用の弾性部材を設けると、操作者がレバーハンドルから手を離したときに、弾性部材の弾性力によってレバーハンドルを自動的にセンター位置に復帰させることができるので、簡単な構成でセンター復帰機能付きのハプティック入力装置を得ることができる。
【００１４】
本発明は、前記の課題を解決するため、前記アクチュエータとして、電磁ブレーキを用いるという構成にした。
【００１５】
このように、アクチュエータとして電磁ブレーキを用いると、電磁コイルを強磁性が付与されたレバーハンドルの端面と対向に配置するだけでレバーハンドルに直接外力を加えることができるので、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置の構成を簡略化することができ、この種のハプティック入力装置の小型化と低コスト化を図ることができる。
【００１６】
本発明は、前記の課題を解決するため、前記アクチュエータとして、非通電時に前記レバーハンドルに外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを用いるという構成にした。
【００１７】
このように、非通電時にレバーハンドルに外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを用いると、レバーハンドルの操作時にのみ電磁ブレーキに通電すれば良いので、ハプティック入力装置の消費電力を小さなものにすることができる。
【００１８】
本発明は、前記の課題を解決するため、前記検知手段として、前記レバーハンドルの端面に検出光を照射して前記レバーハンドルの端面からの反射光を検出し、前記レバーハンドルの操作位置と操作方向を検出する非接触型光学式位置センサを用い、当該非接触型光学式位置センサを前記レバーハンドルの端面と対向に配置するという構成にした。
【００１９】
このように、レバーハンドルの揺動量及び揺動方向や回転量及び回転方向を検知する検知手段として非接触型光学式位置センサを用いると、エンコーダや可変抵抗器を用いた場合のように、レバーハンドルの揺動運動を回転運動や直線運動に変換する機構が不要になるので、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置の構成をより一層簡略化することができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るハプティック入力装置の第１例を、図１及び図２に基づいて説明する。図１は第１実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図、図２はレバーハンドルに加えられる外力を例示する波形図である。
【００２１】
図１に示すように、本例のハプティック入力装置は、球面軸受１を有する支持部材２と、前記球面軸受１にて支持される球面部３を有するレバーハンドル４と、レバーハンドル４の下端面と対向に配置された電磁コイル５と、レバーハンドル４の操作状態を検知する検知手段６と、検知手段６の出力信号ａを取り込み、当該出力信号ａに基づく電磁コイル５の駆動信号ｂを出力する制御手段７とを備えてなる。このハプティック入力装置が自動車のステアリング装置やギアシフト装置又は車載された各種電気機器の遠隔操作装置として適用される場合、前記支持部材２は、自動車のダッシュボード或いはコンソールボックス等を構成するパネル８の内部に設置され、レバーハンドル４の上部に形成された把持部９は、当該パネル８の外部に配置される。
【００２２】
前記球面部３は、前記レバーハンドル４の略中央部に形成されており、当該球面部３を前記球面軸受１で支持することにより、前記レバーハンドル４は支持部材２に対して揺動自在かつ回転自在に取り付けられる。また、前記レバーハンドル４の下端部には、略半球状の外力受部１０が形成されており、その下端面である球面１０ａには、板ばね１０ｂを介して磁性板１１が設けられている。
【００２３】
前記電磁コイル５とその上面に設けられたライニング材１２は、前記球面１０ａに設けられた磁性板１１と共働してレバーハンドル４に外力を加える電磁ブレーキ１３を構成するものである。
【００２４】
前記検知手段６としては、公知に属する任意の位置センサを用いることができるが、非接触でレバーハンドル４の揺動量及び揺動方向並びに回転量及び回転方向を検知できて汚染や摩耗による特性の経時変化が小さく、かつ、エンコーダや可変抵抗器を用いた場合のようにレバーハンドル４の揺動運動を回転運動や直線運動に変換する機構が不要になることから、ライニング材１２の表面に検出光を照射してライニング材１２の表面からの反射光を検出し、レバーハンドル４の操作位置と操作方向とを検出する非接触型光学式位置センサを用いることが特に好ましい。
【００２５】
前記制御手段７は、図１に示すように、検知手段６からの出力信号ａを入力する入力部７１と、前記出力信号ａに対応する電磁コイル５の制御信号ｃがテーブルの形で記憶された第１記憶部７２と、前記出力信号ａに対応する被操作装置の制御信号ｄがテーブルの形で記憶された第２記憶部７３と、入力部７１に入力された検知手段６からの出力信号ａに応じた電磁コイル５の制御信号ｃ及び被操作装置の制御信号ｄを第１記憶部７２及び第２記憶部７３よりそれぞれ読み出して出力するＣＰＵ７４と、ＣＰＵ７４より出力された制御信号ｃをＤ／Ａ変換して増幅し、電磁コイル５の駆動信号ｂを生成する第１ドライバ回路７５と、ＣＰＵ７４より出力された制御信号ｄをＤ／Ａ変換して増幅し、被操作装置の駆動信号ｅを生成する第２ドライバ回路７６と、電磁コイル５の駆動信号ｂ及び被操作装置の駆動信号ｅを出力する出力部７７とを備えてなる。
【００２６】
第１記憶部７２には、レバーハンドル４を用いて操作しようとする被操作装置の種類や調整しようとする機能の種類に応じて、任意の外力テーブルを記憶することができる。図２（ａ）は、レバーハンドル４をセンター位置（レバーハンドル４が垂直になる位置）から＋Ｘ，−Ｘ，＋Ｙ，−Ｙの４方向に揺動操作したときにレバーハンドル４に加えられる外力を例示する図であって、各揺動方向に応じて異なるクリック感触をレバーハンドル４に加える場合が例示されている。また、図２（ｂ）は、レバーハンドル４を当該レバーハンドル４の軸線Ａ−Ａ回りに回転操作したときにレバーハンドル４に加えられる外力を例示する図であって、回転量に応じて異なる大きさの抵抗感をレバーハンドル４に加える場合が例示されている。操作者は、このクリック感触や抵抗感を感得することによって、レバーハンドル４が意図した方向に揺動操作されているか否か、或いは、レバーハンドル４が意図した回転量だけ回転操作されたか否かをブラインドタッチで知ることができるので、ハプティック入力装置の操作性を良好なものにすることができる。なお、レバーハンドル４が＋Ｘ方向、−Ｘ方向、＋Ｙ方向、−Ｙ方向以外の斜め方向に揺動操作された場合には、電磁コイル５に駆動信号ｂを出力せず、レバーハンドル４に何らの外力も加えないようにすることもできるし、電磁コイル５に駆動信号ｂを出力し、レバーハンドル４をロックする外力も加えるようにすることもできる。
【００２７】
本例のハプティック入力装置は、レバーハンドル４に外力を加えるアクチュエータとして、レバーハンドル４の下端面に設けられた磁性板１１と当該磁性板１１と対向に配置されたライニング材１２及び電磁コイル５とからなる電磁ブレーキ１３を備え、板ばね１０ｂ及び磁性体１１を介してレバーハンドル４に外力を加えるようにしたので、レバーハンドルの揺動運動を回転運動に変換するための回転軸やレバーハンドルの揺動運動を直線運動に変換するリンク等を省略することができ、レバーハンドル４を備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置の構成を簡略化することができて、この種のハプティック入力装置の小型化と低コスト化を図ることができる。また、本例のハプティック入力装置は、支持部材２に対するレバーハンドル４の揺動量及び揺動方向並びに支持部材２に対するレバーハンドル４の回転量及び回転方向の双方を検知手段６にて検知し、これらレバーハンドル４の揺動量及び揺動方向並びに回転量及び回転方向に応じた検知手段の出力信号に基づいて電磁コイル５の駆動を制御するので、１つのレバーハンドル１の操作で、レバーハンドル４の揺動量及び揺動方向に応じた被操作装置の制御信号とレバーハンドル４の回転量及び回転方向に応じた被操作装置の制御信号とを得ることができ、レバーハンドル４を備えた操作フィーリング付与機能付きハプティック入力装置の多機能化を図ることができる。
【００２８】
次に、本発明に係るハプティック入力装置の第２例を、図３に基づいて説明する。図３は第２実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【００２９】
図３に示すように、本例のハプティック入力装置は、電磁ブレーキ１３として、電磁コイル５と、当該電磁コイル５の下方に配置された永久磁石１３ｂと、前記球面部３に取り付けられた磁性板１１とからなり、電磁コイル５の非通電時に永久磁石１３ｂの作用によって磁性板１１を吸引し、レバーハンドル４に外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを用いたことを特徴とする。その他については、第１実施形態例に係るハプティック入力装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を表示して説明を省略する。
【００３０】
本例のハプティック入力装置は、第１実施形態例に係るハプティック入力装置と同様の効果を有するほか、電磁ブレーキ１３として非通電時にレバーハンドル４に外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを用いたので、レバーハンドル４の操作時にのみ電磁コイル１３ａに通電すれば良く、ハプティック入力装置の消費電力を低減できるという効果を有する。
【００３１】
次に、本発明に係るハプティック入力装置の第３例を、図４に基づいて説明する。図４は第３実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【００３２】
図４に示すように、本例のハプティック入力装置は、第１実施形態例に係るハプティック入力装置の支持部材２とレバーハンドル４との間に、レバーハンドル４をセンター位置に自動的に復帰させるための弾性部材１４を設けたことを特徴とする。その他については、第１実施形態例に係るハプティック入力装置と同じであるので、対応する部分に同一の符号を表示して説明を省略する。
【００３３】
本例のハプティック入力装置は、第１実施形態例に係るハプティック入力装置と同様の効果を有するほか、センター復帰用の弾性部材１４を設けたので、操作者がレバーハンドル４から手を離したときに弾性部材１４の弾性力によってレバーハンドル４を自動的にセンター位置に復帰させることができ、簡単な構成でセンター復帰機能付きのハプティック入力装置を得ることができる。
【００３４】
なお、前記各実施形態例においては、ハプティック入力装置を自動車のステアリング装置やギアシフト装置又は車載電気機器の遠隔操作装置として適用した場合を例にとって説明したが、本発明の要旨はこれに限定されるものではなく、他の任意の被操作装置の遠隔操作装置として適用することができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハプティック入力装置は、アクチュエータとして、レバーハンドルの端面と対向に配置され、レバーハンドルに直接外力を加えるものを備えたので、レバーハンドルの揺動運動を回転運動に変換するための回転軸やレバーハンドルの揺動運動を直線運動に変換するリンク等を省略することができ、レバーハンドルを備えた操作フィーリング付与機能付きのハプティック入力装置の構成を簡略化することができて、この種のハプティック入力装置の小型化と低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【図２】第１実施形態例に係るハプティック入力装置のレバーハンドルに加えられる外力を例示する波形図である。
【図３】第２実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【図４】第３実施形態例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【図５】従来例に係るハプティック入力装置の構成図である。
【符号の説明】
１ 球面軸受
２ 支持部材
３ 球面部
４ レバーハンドル
５ 電磁コイル
６ 検知手段
７ 制御手段
１１ 磁性板
１２ ライニング材
１３ 電磁ブレーキ
１４ 弾性部材
Claims (5)
- 操作者が手動で操作するレバーハンドルと、前記レバーハンドルの支持部と、前記レバーハンドルの端面と対向に配置され、前記レバーハンドルに直接外力を加えるアクチュエータと、前記レバーハンドルの操作状態を検知する検知手段と、前記検知手段の出力信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御する制御手段とを備え、
前記検知手段は、前記支持部に対する前記レバーハンドルの揺動量及び揺動方向並びに前記支持部に対する前記レバーハンドルの回転量及び回転方向を前記検知手段にて検知し、前記制御手段は、前記レバーハンドルの揺動量及び揺動方向並びに回転量及び回転方向に応じた前記検知手段の出力信号に基づいて前記アクチュエータの駆動を制御することを特徴とするハプティック入力装置。 - 前記支持部と前記レバーハンドルとの間に、前記レバーハンドルを前記支持部に設定されたセンター位置に自動的に復帰させるための弾性部材を設けたことを特徴とする請求項１に記載のハプティック入力装置。
- 前記アクチュエータとして、電磁ブレーキを用いたことを特徴とする請求項１に記載のハプティック入力装置。
- 前記アクチュエータとして、非通電時に前記レバーハンドルに外力を加えるオフブレーキタイプの電磁ブレーキを用いたことを特徴とする請求項１に記載のハプティック入力装置。
- 前記検知手段として、前記レバーハンドルの端面に検出光を照射して前記レバーハンドルの端面からの反射光を検出し、前記レバーハンドルの操作位置と操作方向を検出する非接触型光学式位置センサを用い、当該非接触型光学式位置センサを前記レバーハンドルの端面と対向に配置したことを特徴とする請求項１に記載のハプティック入力装置。
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